Bamboe als bouwmateriaal

Aan het eind van de vorige eeuw werden er door het Koninklijk Nederlandsch Indische Leger (KNIL) in een noodtempo handboeken vervaardigd over “Bouwen in Overzeesche Gewesten.” Het was in de tijd dat de roemruchte generaal Van Heutz zijn koloniale oorlogen uitvocht op Sumatra. Jonge Nederlanders die werden opgeleid tot officier, moesten na aankomst direct leiding geven in de veldtochten.

Kennis van het bouwen van legerplaatsen met wachttorens en al, bruggen waar de infanterie over heen kon trekken en andere bouwwerken waar een leger behoefte aan heeft was onontbeerlijk. En deze kennis verschaften de KNIL-handboeken. De handboeken geven niet alleen een kijk in de keuken van de werkwijze van de KNIL maar bevatten tevens een schat aan informatie over het enige in Indonesië in overvloed beschikbare bouwmateriaal: bamboe. Uitgebreid valt er namelijk te lezen hoe bamboe verbouwd, gekapt, bewerkt en toegepast moet worden: “Bamboestengels”, aldus een handboek van 1898, “bereiken in een jaar nagenoeg de volle lengte van 10 tot 18 M., maar behooren vijf jaren oud te zijn om voor bouwmateriaal te worden gebruikt. Tot volle rijpheid gekomen, is de vezel houtachtig en uitermate taai. Het ligt voor de hand, dat deze holle staven met hare dwarsversterkingen een groote sterkte aan een zeer gering gewicht moet paren en als zoodanig een constructie-materiaal opleveren, dat bezwaarlijk te verbeteren zou zijn. Door de geringe zwaarte is de bamboe ook in groote lengten gemakkelijk te vervoeren. Steigers bij den bouw van huizen, bruggen enz. worden nagenoeg uitsluitend van bamboe gemaakt.”

Lange tijd waren de handboeken de enige geslaagde poging om bamboe als bouwmateriaal te beschrijven. Rond 1974 is deze oude informatie weer naar boven gehaald en wereldwijd verspreid (wel is de tekst gekuist: voor het brugdek namen de KNIL militairen eind negentiende eeuw de daken van een naburig dorp, en bamboe kapten zij met hun sabels, ook wel ‘klewang marechaussee’ genaamd). Het jaartal 1974 is geen toeval want vanaf die tijd wordt er aan de Technische Universiteit Eindhoven, waar tegenwoordig een bamboelaboratorium is gevestigd, onderzoek gedaan naar de toepassingen van bamboe als bouwmateriaal. De KNIL-handboeken die in 1974 in archieven werden gevonden, kwamen ook toen nog – als een eerste oriëntatie op bouwen met bamboe – van pas. Inmiddels zijn er vele nieuwe inzichten bijgekomen. Zo blijkt bamboe een ideale oplossing te zijn om de grote woningnood in de Derde Wereld te kunnen lenigen.

Hard gras

Bamboe is de algemene naam voor de circa duizend soorten meerjarige houtige grassen (Gramineae). Er bestaan geen andere grassen die hout vormen. Bamboesoorten treffen we in de gebieden aan weerszijden van de evenaar aan, van Australië, Chili en Argentinië tot in het oosten van de Verenigde Staten, India en Japan. In Europa komt er geen inheemse bamboesoort voor. De meeste bamboesoorten treft men aan in Zuidoost-Azië.

Vanuit een wortelstok groeien scheuten die zich ontwikkelen tot lange, holle, gelede stengels. Tussen de bamboestengels van een of meer jaren oud schieten de nieuwe stengels uit de grond te voorschijn. Het oogsten van bamboe lijkt op uitdunnen. Er is een soort, de Bambusa arundinacea, waarbij een groeisnelheid van ruim een halve millimeter per minuut is gemeten, ofwel bijna een meter per dag. De hoogte van de bamboestengels varieert per soort en loopt uiteen van enkele meters tot tientallen meters. Na enkele jaren is een stengel dermate verhout, dat er mee kan worden gebouwd. En dat gebeurt al eeuwen.

Tot voor enkele tientallen jaren terug bouwde men in de meeste ontwikkelingslanden nog zoals vader en grootvader het deden. Enerzijds is zo’n traditie een rijke bron van kennis over bamboe, maar anderzijds ontbreekt er een verdere ontwikkeling. De mensen bouwden vroeger bovendien op hun gevoel. Dat ging wel goed, maar er kleven aan zo’n benadering ook nadelen. Zo gebruikte men in het algemeen meer materiaal dan nodig was en de constructies waren niet altijd veilig.

Goed toegepast wetenschappelijk onderzoek kan de mogelijkheden van bamboe verruimen. Deze ontwikkeling van traditie naar onderzoek is een hele verbetering. De wetenschappelijke benadering schept de mogelijkheid om met een hoeveelheid bamboe meer te bouwen dan voorheen omdat beter bekend wordt wat met het materiaal kan worden gedaan. Verder worden de constructies ook veiliger.

Aanvankelijk was onbekend hoe bepaalde eigenschappen van bamboe, zoals stijfheid en weerstand bij belasting, te meten. Er moesten methoden worden ontwikkeld om bamboe te onderzoeken. Bovendien moest de mechanica van bamboeconstructies worden ontwikkeld. Bij de toepassing van bamboe voor het maken van constructies, moet men goed rekening houden met de kenmerken van de bamboesoort. Mechanische parameters kunnen zeer verschillen, evenals de wijze waarop een bamboetype zich in een vochtige of een droge omgeving gedraagt. Tegenwoordig kunnen we de mechanica van bamboegebouwen doorrekenen nog voordat ze zijn gebouwd. Aan de hand van complexe berekeningen met veel parameters kan men redelijk nauwkeurig aangeven hoe degelijk een gebouw moet worden gemaakt om bepaalde tropische stormen of aardbevingen te doorstaan. Het bamboeproject van huizen van bamboe en leem in Costa Rica is daar een goed voorbeeld van.

Wanden van bamboe

In de meeste tropische landen worden wanden van bamboe gevlochten van strips gespleten bamboe. Mensen die in Indonesië zijn geweest, kennen dat soort wanden. Het geeft de bewoner privacy en tegelijkertijd waait het lekker door, en dit laatste is heel belangrijk in een warm en vochtig klimaat. Als het klimaat perioden in het jaar kent dat het wat frisser is (bijvoorbeeld 15°), dan moet een bamboe-wand meer bescherming bieden aan de bewoners. Besmeren is dan de oplossing. In Latijns Amerika gebruikt men hiervoor veelal een leem-mengsel, wat soms versterkt wordt met vezels of met andere organische materialen zoals koemest. Een nadeel hiervan is dat de leem nog al snel door de regen wegspoelt en voortdurend moet worden aangesmeerd; doet men dat, niet dan komt de bamboe bloot te liggen en kan die beginnen te rotten.

In Costa Rica heeft men ervoor gekozen om de wanden af te smeren met een pleisterwerk van cement en zand. Het hart van de wand bestaat uit gespleten bamboes, bijvoorbeeld twee centimeter breed en 0,6 centimeter dik, met een tussenafstand van nog geen centimeter. Dat wordt aan één zijde bepleisterd met een laag mortel van ongeveer 1,5 centimeter, waarbij men ervoor zorgt dat de pleister goed tussen de bamboe door gaat en aan de andere kant uitpuilt, zodat er zogenaamde ‘baarden’ ontstaan. De volgende dag is het tijd om de andere kant af te pleisteren. Door de baarden hechten de twee lagen pleisterwerk perfect aan elkaar. Een goedkoop systeem en erg solide: bestand tegen aardbeving, goed tegen inbrekers en prima als ‘regenjas’ voor het huis en voor de bamboe.

Goedkoop

In Costa Rica, een land in Midden-Amerika, bestaat geen traditie in het bouwen met bamboe, alhoewel er wel inheemse bamboesoorten zijn. In 1986 kregen plaatselijke architecten het idee dat bamboe een goed materiaal kan zijn bij het bouwen van goedkope woningen. Zij zijn dat idee gaan uitwerken en hebben er hulp bijgehaald, onder meer uit Colombia en Nederland. Hun idee bleek juist te zijn. De Nederlandse regering heeft het project de afgelopen jaren gesteund met veertien miljoen gulden. Medewerkers van de TU Eindhoven hebben het project bouwtechnisch begeleid.

Sinds 1986 zijn er tweehonderd hectare bamboeplantage aangelegd om de nodige bamboe te kweken en er is kennis verzameld en opgebouwd over hoe men in Costa Rica bamboehuizen kan bouwen. Tot eind 1993 zijn er ongeveer zeshonderd huizen gebouwd, in 1994 740, in 1995 volgen er ruim duizend en zo elk jaar meer.

Het is vooral de prijs die pleit voor bamboehuizen in Costa Rica. Ze zijn een kwart goedkoper dan het gangbare type huis in de sociale woningbouw. Dat betekent dat arme mensen voor wie zelfs de sociale woningbouw te duur was, nu wel aan een huis kunnen komen.

Aardbeving

Bamboe is bekend om zijn ‘goede gedrag’ tijdens aardbevingen. Een Japans spreekwoord zegt: bij een aardbeving moet je naar een bamboebos gaan (want daar ben je veilig). Een ander gezegde: ‘Natuurrampen worden door mensen gemaakt’. In ieder geval is nodig dat wordt nagegaan hoeveel een bouwmateriaal of een bouwconstructie kan hebben. Binnen het bamboeproject is een proefopstelling gemaakt waarmee werd gemeten of het ontworpen type huizen bestand zou zijn tegen aardbevingen.

Het nabootsen van een aardbeving op een compleet huis is wel mogelijk, maar nogal duur. Er zijn laboratoria waar dat kan. Ze bouwen daar een huis op een grote triltafel waarna de tafel het huis en al op en neer schudt volgens de wijze waarop een bepaald type aardbeving dat zou doen. Vanwege het flinke kostenaspect dat daaraan is verbonden, is gezocht naar een alternatieve methode. In Costa Rica is gekozen voor een statische bepaling van de aardbevingbestendigheid van bamboewanden. Daartoe bouwden we huizenwanden op ware grootte na en plaatsten we ze in een frame. Een hydraulische vijzel oefende vervolgens een horizontale kracht op de bovenkant uit. Op basis van theoretisch-mechanische beschouwingen weet men wat voor krachten er bij een aardbeving op een wand kunnen werken. Als de wand de statische kracht van de vijzel goed kan opvangen en de proef overleeft, dan moet de wand ook de dynamische belasting door een aardbeving kunnen weerstaan. Het resultaat in Costa Rica was dat de wanden zulke grote horizontale krachten konden weerstaan zonder zelfs maar te scheuren, dat we er zeker van waren dat ze aardbevingbestendig waren.

Inmiddels heeft de praktijk bewezen dat zo’n goedkoop experiment inderdaad een goed idee kan geven van de sterkte van de wanden. In april 1991 trof een zware aardbeving het oosten van het land. Twintig huizen van het project stonden vlakbij het epicentrum. Alle hebben de aardbeving overleefd, zonder een enkel scheurtje. Andere huizen in de nabijheid waren fors beschadigd.

De kracht van bamboe

Bamboe staat van oudsher bekend als een zeer veilig materiaal bij aardbevingen. Waarom? Een aardbeving is een sterke beweging in de aardkorst, die aan de oppervlakte verschijnt als een golfbeweging: verticale golven dichtbij het epicentrum en horizontale verder weg. De verticale golven zijn meestal niet zo erg voor een gebouw: een gebouw is er op ontworpen en berekend om de versnelling van de zwaartekracht te weerstaan, een vergroting van bijvoorbeeld tien procent is geen probleem. Horizontale golven zijn iets heel anders. Hierbij beweegt de bodem heen en weer, en door de massa-traagheid blijft een huis, en vooral het bovenste deel ervan, achter. Dat veroorzaakt spanningen tussen het bovendeel van het huis en de fundering met alle gevolgen van dien.

Een aardbeving is een kwestie van ‘kracht is massa maal versnelling’. De versnelling wordt opgelegd door de aardbeving. Daar is weinig aan te doen. Wat we willen is het beperkt houden van de kracht, en dus is massabeïnvloeding de enige optie. Dat betekent: licht bouwen, dus bijvoorbeeld geen dak van gebakken dakpannen (die 100 kilogram per vierkante meter wegen) maar een licht dak met golfplaten van aluminium of vezel-cement.

Bamboe is in dit opzicht gunstig. Het is een licht bouwmateriaal: een bamboe van tien centimeter diameter en een wanddikte van zes millimeter is een heel normale maat in de bouw, en die weegt maar één kilogram per meter. Een bijkomend voordeel is dat bamboe een buis is, en dus een groot traagheidsmoment heeft in verhouding tot ander materiaal.

Tenslotte is een voordeel van bamboe dat de elasticiteitsmodulus er groot is (ongeveer 20 000 N mm^-2) en dat het zich bij belasten elastisch blijft gedragen tot zeer dicht bij bezwijken. Dat betekent dat het materiaal bij aardbevingen in het elastische gebied veel energie kan absorberen.

Zelfwerkzaamheid

In beginsel kan een bamboe-huis helemaal door de bewoners zelf worden gebouwd. Alleen voor de waterleiding en dergelijke is hulp van bouwvakkers nodig. Er zijn enkele tientallen huizen in Costa Rica zo gebouwd, maar dan duurt de bouw acht maanden. Dat is eigenlijk te lang. Het is voor de mensen moeilijk om zo lang gemotiveerd te blijven – al die maanden hebben zij geen tijd om op het land te werken en wat te verdienen. Daarom is er voor gekozen dat de toekomstige bewoners maar twintig procent van het werk zelf doen. De rest wordt door een kleine aannemer gedaan. Op die manier wordt een goed compromis bereikt tussen besparen op bouwkosten (door zelf doen) en een korte bouwtijd (drie maanden).

De huizen zijn meer dan populair onder de bewoners. Er is een onderzoek uitgevoerd om na te gaan of de mensen tevreden zijn over het project. De uitkomst was zeer positief. De mensen mopperden alleen over zaken als klemmende ramen (maar die zijn dan wel van hout). Een doorslaggevend argument voor het succes van de bamboehuizen is natuurlijk dat ze zo goedkoop zijn. Er is momenteel een wachtlijst van tweeduizend gezinnen die willen meedoen in het project. De laatste families op die lijst zullen twee jaar op een woning moeten wachten.

Milieu

Voor de bouw van de bamboehuizen in Costa Rica is een bamboeplantage aangelegd met een oppervlakte van tweehonderd hectare. Bij boomplantages moet men kaalslag toepassen om het hout te kappen. Bij bamboe is geen kaalslag nodig, een bamboeplantage groeit voortdurend door. Elk jaar komen er nieuwe scheuten uit het wortelnet omhoog. Die ontwikkelen zich in vier jaar tijd tot volwassen stammen. Dat betekent dat elk jaar alle stammen die vier jaar oud zijn worden gekapt en dat alle jongere stammen dan blijven staan.

Voor het project in Costa Rica is berekend, dat een plantage van zeventig hectare voldoende bamboe levert om er elk jaar duizend huizen van te bouwen. Zouden deze huizen van hout worden gebouwd, dan moest elk jaar zeshonderd hectare bos worden gekapt, inclusief vijftig hectare regenwoud. Dat verschil komt voort uit het doelmatige beheer van een plantage, terwijl in een natuurlijk bos wild wordt gekapt. We hebben hier dus niet te maken met een eerlijke vergelijking tussen bamboe en hout, maar met een vergelijking tussen zorgvuldig beheer van een plantage en roofbouw in een bos. In de situatie van Costa Rica is deze vergelijking juist en een sterk argument voor het gebruik van bamboe.

Bamboecongres

De meer dan een eeuw oude handboeken van de KNIL zijn – gezien de ontwikkelingen en nieuwe inzichten – niet langer up to date. Er zijn nu nieuwe handboeken waar ook de moderne kennis over bouwen met bamboe in staat. Zo’n boek bevat net als de KNIL-handboeken instructies als: ‘Maak deze verbinding twee keer zo lang als de bamboe dik is’. Alleen sluit de moderne kennis goed aan bij de huidige bouwpraktijk. Daarbij is het namelijk van belang om te werken met bouwmethoden die geïndustrialiseerd bouwen mogelijk maken met prefabricage. Anders lukt het nooit om voldoende huizen te bouwen en de bevolkingsgroei voor te blijven en zal het woningtekort alleen maar toenemen.

De resultaten van het bamboe-onderzoek worden ook gepubliceerd op wetenschappelijk niveau, onder meer op de driejaarlijkse bamboecongressen. Daar bespreekt men bijvoorbeeld nieuw typen verbindingen, met alle theorie en mechanica. Gelukkig is Eindhoven niet meer het enige adres waar bamboe-onderzoek wordt gedaan. Onderzoekers over de hele wereld werken nu in een gecoördineerd systeem. En er is nog steeds genoeg te onderzoeken. Bij hout als bouwmateriaal hebben we in de afgelopen vijftig jaar bijvoorbeeld gezien dat de hoeveelheid hout in een constructie kon worden gehalveerd door betere kennis van de houteigenschappen. Wellicht is zo’n besparing ook bij bamboe haalbaar.